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面向阵列应用的片上集成介电常数传感器设计

面向阵列应用的片上集成介电常数传感器设计

作者：李岩昊天津大学

学位级别：硕士

随着工艺水平的进步,片上集成的介电常数传感器逐渐兴起。这类传感器在实现介电常数检测的同时,将敏感元件、转换电路以及读出电路集成在同一芯片内。基于这种方式,传感器可以现场实时检测,并且通过多个传感单元的集成,可以拓展为传感... 详细信息

随着工艺水平的进步,片上集成的介电常数传感器逐渐兴起。这类传感器在实现介电常数检测的同时,将敏感元件、转换电路以及读出电路集成在同一芯片内。基于这种方式,传感器可以现场实时检测,并且通过多个传感单元的集成,可以拓展为传感阵列。大多数片上集成的传感器将待测物介电常数的变化转换为电路频率的变化,目前已实现极高精度的传感。然而,频率变化的片上读出比较复杂,针对这一情况,本文基于时间域提出了一种片上传感方法。与其他类型的传感器相比,本文集中于减少芯片的功耗与面积,更加适合于阵列形式的应用场景。本文的工作内容如下:1、基于55 nm CMOS工艺,设计了一种时域介电常数传感器。该传感器由叉指电容、延时电路和数字读出电路组成。叉指电容用于响应待测物介电常数实部的变化,同时又作为延时电路的负载电容;当其电容值发生变化时,延时电路的延时随之成比例的变化;最后读出电路将这一延时变化放大后读出。芯片的整体面积为0.788 mm×0.325 mm;在输入时钟频率为500kHz的情况下,芯片的功耗为0.156 mW。为了验证上述传感原理,本文采用了多种有机液体和不同混合比的混合溶液。测试结果显示随着待测物介电常数实部的增加,芯片的延时随之增加,证明了本文所提出的传感理论。2、对上述传感器单元加以改进,进一步减小了传感器对于传感电容面积的需求。在此基础上,基于55 nm CMOS工艺,将上述传感器单元拓展为6×6的传感阵列。版图整体面积为1.46 mm× 1.22mm,可实现150 μm的分辨率;与其他类型的传感阵列相比,该阵列具有更低的功耗和更小的面积。本文设计了多种类型的待测物,对于阵列的近场成像等功能进行了仿真验证。

关键词：介电常数传感器传感阵列时间域片上集成延时电路

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一种片上集成高性能电源管理电路设计

一种片上集成高性能电源管理电路设计

作者：李源电子科技大学

学位级别：硕士

随着集成度与CMOS工艺的不断发展,集成了模拟、射频、数字以及电源电路在内的片上系统(SOC)成为了市场的核心。在竞争越来越激烈的IC市场下,为了提高SOC的效率,就必须使用现有的IP核。然后将所需要的IP核模块“拼接”成符合一定功能需... 详细信息

随着集成度与CMOS工艺的不断发展,集成了模拟、射频、数字以及电源电路在内的片上系统(SOC)成为了市场的核心。在竞争越来越激烈的IC市场下,为了提高SOC的效率,就必须使用现有的IP核。然后将所需要的IP核模块“拼接”成符合一定功能需求的系统芯片。因此需要设计一种片上电源管理IP核以满足片上系统的需求。根据上述需要,本文设计了一种能给数字、射频等片上电路供电的电源管理电路IP核。该电路选用的是效率高的BUCK结构,开关频率1.5M,静态电流小于250μA,最大输出平均电流600mA,效率最高可以达到95%,输出电压可以根据片上系统电路的需要可以改变如1.2V、1.5V、2.5V等。该电路采用峰值电流控制方式的同步整流电路,同时该电源电路本身还具有一系列保护功能模块,能够保证电路的正常工作。首先,本文分析了BUCK拓扑结构的工作原理及其主要的性能指标。其次,根据需求提出了电源管理电路的系统框图,设定了电路的整体性能指标,阐述了电路结构的小信号模型和推导了其传输函数,在传输函数的基础上分析了零极点位置,提出了系统稳定性的解决方案。然后详细分析设计并仿真验证了误差放大器、振荡器、输出电压检测电路、零电压检测电路、小电流检测电路。其中误差放大器的作用是将反馈网络反馈的电压与参考电压进行误差放大,这个放大信号可以改变占空比,从而使输出电压稳定;振荡器的作用是提供了功率管的开关时钟和提供了斜坡补偿电路中需要的锯齿波信号;输出电压检测电路的作用是保证输出电压正常;零电压检测电路的作用是检测功率开关管与同步开关管是否同时导通,同时导通时关闭同步管;小电流检测电路检测同步整流管电流大小值,在小电流时候,关闭同步整流管,续流由寄生二极管起作用,防止电感电流出现震荡。最后,结合片外器件对电源系统进行整体仿真验证,其仿真结果表明,电路满足了设计要求,并对电路的版图做了简要的说明。

关键词： DC/DC转换器小信号模型系统稳定性片上集成

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片上集成滤光微结构的研究进展

金陵科技学院学报 2020年第1期36卷 27-29,52页

作者：王云姬金陵科技学院网络与通信工程学院江苏南京211169

由于在传统的红外探测器系统中,滤光片与探测器是分立存在的,所以普遍存在“串色”的问题,而实现滤光片在探测器上的片上集成,可以解决这一问题。为此,国内外做了很多研究。论述了国内外关于片上集成滤光微结构的一些研究进展。

关键词：片上集成滤光膜探测器

片上集成克尔光频梳在光学传感领域的应用研究（特邀）

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激光与光电子学进展 2024年第19期 204-215页

作者：常冰顾逸阳何欣玥梁渝佩赵雅茜张伟勋董飞龙李博闻谭腾姚佰承电子科技大学光纤传感与通信教育部重点实验室南方电网传感科技(广东)有限公司电子科技大学广东电子信息工程研究院

光学频率梳在频谱上由一系列间隔均匀且具有稳定相位关系的频率分量组成。自问世以来，其在光学频率计量和精密测量领域取得长足进步。随着微纳加工技术的不断革新，研究人员已经成功在芯片级的平台上实现基于三阶克尔效应的微腔光频梳... 详细信息

光学频率梳在频谱上由一系列间隔均匀且具有稳定相位关系的频率分量组成。自问世以来，其在光学频率计量和精密测量领域取得长足进步。随着微纳加工技术的不断革新，研究人员已经成功在芯片级的平台上实现基于三阶克尔效应的微腔光频梳。这种片上集成克尔光频梳具有通道间隔大、相干性好、尺寸小、功耗低且易集成的优势，此外，其与互补金属氧化物半导体兼容能够实现低成本、大规模制备，这为微波光子学、精密光传感、多光源相干通信等片上集成系统的应用带来重大机遇。当前，基于片上集成克尔光频梳的传感应用发展迅速，技术方案不断更新，带来功能和性能的新突破。因此，重点面向工程技术，概述近年来片上集成克尔光频梳产生的新材料平台和片上集成化研究进展，综述其在激光雷达、精密光谱学、分布式光纤传感等光学传感领域取得的进展，对片上集成克尔光频梳当前研究现状及未来发展前景进行总结与展望。

关键词：克尔光频梳片上集成光学传感

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可用于片上集成的绝对值电路

电子器件 2008年第4期31卷 1144-1146页

作者：张齐王超上海大学微电子研究与开发中心上海200072

系统中绝对值电路含悬浮二极管,阻碍了片上集成。为此,另辟蹊径用运放构成无二极管绝对值电路。PSpice仿真表明,运放OPA365构成的无二极管绝对值电路与理想电路输出电压的幅值误差较小,最大仅为0.7%;在零电平附近的幅值误差<12mV,相位... 详细信息

系统中绝对值电路含悬浮二极管,阻碍了片上集成。为此,另辟蹊径用运放构成无二极管绝对值电路。PSpice仿真表明,运放OPA365构成的无二极管绝对值电路与理想电路输出电压的幅值误差较小,最大仅为0.7%;在零电平附近的幅值误差片上集成后,可用于笔者"AC-AC变换"项目及电气测量。

关键词：微电子学片上集成无二极管绝对值电路 PSpice仿真轨到轨运放

基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪

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传感器世界 2020年第2期 51-51页

申请号:201911064122.6【公开号】CN110672207A【公开日】2020.01.10【分类号】G01J3/28; G01J3/02; G01J3/12【申请日】2019.11.04【申请人】中国电子科技集团公司第四十四研究所【发明人】黄建;李睿智;李金;鄢真真;朱继鑫【摘要】本... 详细信息

申请号:201911064122.6【公开号】CN110672207A【公开日】2020.01.10【分类号】G01J3/28; G01J3/02; G01J3/12【申请日】2019.11.04【申请人】中国电子科技集团公司第四十四研究所【发明人】黄建;李睿智;李金;鄢真真;朱继鑫【摘要】本发明提供基于滤光器片上集成多像素传感器的微型光谱仪及制备方法,所述光谱仪包括聚光透镜和管壳,管壳的底座上设置有滤光器片上集成多像素传感器,

关键词：滤光器微型光谱仪传感器片上集成

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片上中红外波长调制光谱气体传感技术

光学学报 2023年第18期43卷 171-177页

作者：皮明权黄一俊郑传涛赵焕彭子航杨悦闵昱婷宋芳王一丁吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室吉林长春130012 吉林省红外气体传感技术工程研究中心吉林长春130012

制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器,采用片上波长调制光谱技术,开展了气体检测实验,将仿真结果与实验结果进行了对比,证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构... 详细信息

制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器,采用片上波长调制光谱技术,开展了气体检测实验,将仿真结果与实验结果进行了对比,证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构,优化了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的狭缝波导传感器结构,外限制因子达到了42%。根据实验测试得到的噪声幅值,理论研究了狭缝波导气体传感器和波长调制光谱技术结合的性能,分析了环境压强和工艺误差对狭缝波导气体传感器性能的影响。本工作为基于波长调制光谱的片上气体传感器的设计提供了指导。

关键词：光波导波长调制光谱片上集成光波导传感器气体传感器

薄膜铌酸锂片上倒装激光芯片的结构设计与优化

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光学学报 2023年第23期43卷 302-309页

作者：卢金龙郝婷李志浩周赤吉贵军王兴龙天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 珠海光库科技股份有限公司广东珠海519080

基于薄膜铌酸锂干法刻蚀工艺不能获得高垂直度截面的特点,设计了一种基于折射率相近的填充材料作为模斑转换结构。所设计结构可兼容不同尺寸的输出光斑且整体结构的转换效率大于-0.28 dB。所提方案避免了薄膜铌酸锂干法刻蚀后的大倾角... 详细信息

基于薄膜铌酸锂干法刻蚀工艺不能获得高垂直度截面的特点,设计了一种基于折射率相近的填充材料作为模斑转换结构。所设计结构可兼容不同尺寸的输出光斑且整体结构的转换效率大于-0.28 dB。所提方案避免了薄膜铌酸锂干法刻蚀后的大倾角断面直接作为耦合端面时性能低的劣势,可提升薄膜铌酸锂电光调制器件在片上集成激光芯片的性能。三维模拟结果显示该结构对工艺误差不敏感、加工可行性高,为减小集成器件体积、降低成本及高密度集成提供可行方案。

关键词：薄膜铌酸锂片上集成倒装焊模斑转换

基于移动渐近线算法的大角度偏转分束器的智能设计

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物理学报 2021年第23期70卷 225-231页

作者：黄辉胡晨岩田梓聪缪秋霞王慧琴南昌大学物理系南昌330031 上海工程技术大学数理与统计学院上海201620

光分束器是片上集成光子芯片的一个重要组成部分,常规分束多以T型、Y型、树型输出为主,往往分束角度和分束效率不能兼顾,难以同时实现高效和大角度的分束.本文在移动渐近算法基础上,结合材料插值与有限元法,形成了一种计算速度更快、容... 详细信息

光分束器是片上集成光子芯片的一个重要组成部分,常规分束多以T型、Y型、树型输出为主,往往分束角度和分束效率不能兼顾,难以同时实现高效和大角度的分束.本文在移动渐近算法基础上,结合材料插值与有限元法,形成了一种计算速度更快、容量更小的适应于微纳光子器件设计的新智能算法,成功地设计出一尺寸为1μm×2μm的大角度偏转分束器,实现了光束180°直线分离,分束比近似1∶1,总效率达90%以上.相比同样尺寸的几种常规分束器,该分束器的效率高出近1倍甚至更高.本智能算法还适用于光偏振分光、路由器、光隔离器等多种无源光子器件的设计,为高密度片上集成微纳光子器件的设计提供了一种思路和借鉴.

关键词：移动渐近线法智能算法大角度光分束器片上集成